基于泰勒展开与截断的燃耗计算方法研究

摘要

燃耗计算是反应堆堆芯物理计算的重要组成部分。随着核能科学与计算机仿真技术的快速发展，对于燃料燃耗及核素成分的计算分析要求越来越高，这就给燃耗计算方法和程序带来了更大的挑战。燃耗计算的主要目的在于预测核素核子密度随时间上的变化，并通过模拟核子密度的变化来分析燃耗对反应堆堆芯寿期、功率分布以及控制反应性的影响。对于实际工程而言，可通过燃耗仿真计算获得最优的燃料燃耗深度和换料方案以降低核电成本，具有一定的现实意义。
　　燃耗方程由核素燃耗链建立，其求解是燃耗计算的核心任务。本文通过文献调研研究了目前流行的燃耗计算方法，燃耗计算方法按对燃耗链的不同处理可分为解析方法和数值方法，在总结分析了各类方法的优缺点以及各自的适用性后，本文选择了基于泰勒展开与截断的数值方法进行程序开发。泰勒展开与截断方法通过将长、短寿命核素分离并分别单独计算，减小了燃耗矩阵的刚性，增加了计算精度和稳定性。本文所开发程序数据来源于商用程序HELIOS-1.11燃耗数据库，该数据库基于真实压水堆制作而成，所有数据均来源于评价库ENDF/B-Ⅵ。
　　本文最后对所开发燃耗求解器进行了全面的验证和分析。首先在固定辐照条件下将本程序与ORIGEN2进行了对比分析，结果证实了所开发燃耗求解器的正确性。然后基于成熟的预估-校正和子步方法的耦合策略，将该程序与HELIOS程序的微观问题计算模块进行耦合，通过国际JAEA轻水堆基准题中的压水堆UO2和MOX单栅元以及组件算例，验证了点燃耗计算程序的精度。结果表明该点燃耗程序计算结果与HELIOS程序以及基准题给定各程序参考值基本吻合，计算精度较高，具有一定的实用性，可为反应堆堆芯燃耗计算提供工具支持。

目录

声明

摘要

主要符号参照表

第1章绪论

1．1研究背景与意义

1．2国内外研究现状

1．3本文主要工作及内容

第2章燃耗计算基本理论及求解算法

2．1燃耗方程理论模型

2．2解析方法

2．3数值方法

2．3．1 Krylov子空间方法

2．3．2龙格-库塔方法

2．3．3 Pade近似方法

2．3．4切比雪夫有理近似(CRAM)方法

2．4泰勒展开与截断方法

2．5本章小结

第3章基于泰勒展开与截断方法的点燃耗程序开发

3．1燃耗数据库

3．2点燃耗求解程序

3．3预估-校正和子步模块

3．4本章小结

第4章程序数值验证与分析

4．1固定辐照条件下与ORIGEN2对比验证

4．2 JAEA轻水堆基准题验证

4．2．1 UO2和MOX单栅元问题验证

4．2．2 PWR燃料组件问题验证

4．3本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢